本發(fā)明涉及音樂器具領域，具體涉及一種壓電柔性薄膜電子琴。

背景技術(shù)：

電子琴因具有音域較寬、和聲豐富、可模仿多種音色、音量調(diào)節(jié)自由、可配備類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏以及可加裝效果器(實現(xiàn)如混響、回聲、延音，震音輪和調(diào)制輪等多項功能)等諸多特點，目前在現(xiàn)代音樂演奏中應用非常廣泛。在鋼琴演奏中，琴鍵觸鍵力度、觸鍵深度和觸鍵速度均會影響到鋼琴發(fā)音的音色和響度。但是目前電子琴多采用電子鍵盤，電子琴的發(fā)音與琴鍵按下相關，其音量大小與按下力度信息無關，如中國專利申請?zhí)枮?1231558.X所公開的電子琴，雖然其可通過處理器檢測琴鍵按下的力度信息，從而實現(xiàn)音量大小與觸鍵力度的相關，但是對于琴鍵深度和琴鍵速度的檢測卻無法實現(xiàn)，使得電子琴的音樂表現(xiàn)力不足。

此外，目前市場上電子琴多采用臺架式，其占用較大空間面積，且不方便攜帶。雖然中國專利ZL200520057579.1中公開了可便攜帶的電子琴，但其琴鍵部分厚重，折疊后體積仍然很大，無法實現(xiàn)輕便化。同時，電子琴工作期間，需要不斷的掃描琴鍵，判別是否有琴鍵按下，掃描時需要提供電源為琴鍵供電，耗電量較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種琴鍵可自驅(qū)動、無需外部供電的柔性薄膜電子琴。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種壓電柔性薄膜電子琴，包括電源、電子琴控制盒、音箱，所述電源為所述電子琴控制盒和所述音箱供電，所述電子琴控制盒連接所述音箱，根據(jù)輸入信號控制電子琴的工作模式切換和音箱的輸出控制，其特征在于：還包括柔性薄膜襯底和琴鍵傳感器，所述琴鍵傳感器沿柔性薄膜襯底長邊間隔排列在柔性薄膜襯底上，所述琴鍵傳感器可將觸鍵按壓產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)觸鍵按壓的速度和深度輸出不同幅值和頻率的電壓信號，再通過電子琴控制盒處理后實現(xiàn)不同音色和音量的彈奏聲音輸出。

優(yōu)選地，所述琴鍵傳感器為柔性壓電駐極體傳感器，包括柔性壓電極駐極體薄膜、上電極和下電極，所述上電極覆蓋在所述柔性壓電極駐極體薄膜上表面，所述柔性壓電極駐極體薄膜下表面與下電極之間存在一定距離的封閉空氣層。

優(yōu)選地，所述柔性薄膜襯底上印刷有金屬連接線，所述金屬連接線連接所述琴鍵傳感器和設置在柔性薄膜襯底上的琴鍵接口，所述琴鍵接口接收多個琴鍵傳感器輸出的電壓信號并傳送給電子琴控制盒。

優(yōu)選地，所述電子琴控制盒包括信號處理模塊、電子琴控制器、音箱控制電路和控制功能模塊，所述信號處理模塊將琴鍵傳感器輸出的電壓信號進行放大、濾波和限幅處理，所述電子琴控制器處理輸入的電壓信號，所述音箱控制電路接收電子琴控制器的輸出信號后生成對應的數(shù)字信號，實現(xiàn)所述音箱的不同音量和音色的輸出，所述控制功能模塊實現(xiàn)不同工作模式的切換和自動播放、暫停與錄音等功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于利用柔性壓電極駐極體薄膜傳感器，無需外部供電，可實現(xiàn)自驅(qū)動；通過觸鍵的速度和深度輸出不同幅度和頻率的信號，實現(xiàn)不同音色和音量的輸出，豐富了電子琴的音樂表現(xiàn)力；還采用柔性薄膜襯底，更輕便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例壓電柔性薄膜電子琴的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的壓電柔性薄膜電子琴中電子琴控制盒的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3，4為本發(fā)明實施例的壓電柔性薄膜電子琴中的琴鍵傳感器輸出電壓波形圖。

圖5a，5b，5c為本發(fā)明實施例的壓電柔性薄膜電子琴中的琴鍵傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖1、2所示，一種壓電柔性薄膜電子琴包括電源4、電子琴控制盒5、音箱6、柔性薄膜襯底1，琴鍵接口3和琴鍵傳感器2。電源4采用10000毫安時移動電源，為電子琴控制盒5和音箱6供電。琴鍵傳感器2和琴鍵接口3設置在柔性薄膜襯底1上面，在外力按壓下，琴鍵傳感器2可將按壓的機械能轉(zhuǎn)化為電能，輸出一定幅度電壓的電信號，由于無需外部供電，可實現(xiàn)傳感器的自驅(qū)動。柔性薄膜襯底1采用PI(聚酰亞胺)或PET(滌綸樹脂)材料，在柔性薄膜襯底1上印刷有金屬連接線101，用于將琴鍵傳感器2輸出的信號通過琴鍵接口3傳輸至電子琴控制盒5。電子琴控制盒5輸出端連接至音箱6，包括信號處理模塊501、電子琴控制器502、音箱控制電路503和控制功能模塊504，其中信號處理模塊501用于將琴鍵傳感器2輸出的信號進行放大、濾波和限幅處理，電子琴控制器502用于處理輸入的電信號，音箱控制電路503接收電子琴控制器502的輸出信號后生成對應的數(shù)字信號，實現(xiàn)音箱6的不同音量和音色的輸出，控制功能模塊504實現(xiàn)不同工作模式的切換和自動播放、暫停與錄音等功能。

如圖5a所示，琴鍵傳感器2為柔性壓電駐極體傳感器，沿柔性薄膜襯底1長邊間隔排列在柔性薄膜襯底1上，包括上下依次設置的上電極202、至少一層柔性壓電極駐極體薄膜201和下電極203，上電極202和下電極203為粘貼的導電鋁膠帶，或是利用磁控設備濺射制成的銀或銅電極，上電極202通過柔性薄膜襯底1上印刷的金屬連接線101連接琴鍵接口3，下電極203通過柔性薄膜襯底1上印刷的金屬連接線101接地，上電極202覆蓋在柔性壓電極駐極體薄膜201上表面，柔性壓電極駐極體薄膜201下表面與下電極203之間存在一定距離的封閉空氣層204，優(yōu)選地，空氣層204約為20um。柔性壓電極駐極體薄膜201為一種含有微型孔洞的有機薄膜，內(nèi)部存儲有永久電荷，當柔性壓電極駐極體薄膜201內(nèi)部存儲一定量的負電荷時，上電極202和下電極203會感應出一定量的正電荷。圖5b當琴鍵傳感器2受外力按壓作用時，會將機械能轉(zhuǎn)化為電能，輸出一個帶有一定幅值的電壓信號，其工作無需外部供電，可實現(xiàn)琴鍵傳感器2的自驅(qū)動，按壓外力與輸出電壓信號的關系具體如以下步驟所示：

當無外力作用時，琴鍵傳感器2處于電勢平衡狀態(tài)，無信號輸出，如圖5a所示。

當有外力按壓琴鍵傳感器2時，柔性壓電極駐極體薄膜201下表面與下電極203之間的間隙變小，下電極203感應產(chǎn)生更多的正電荷，琴鍵傳感器2的上電極202與下電極203之間產(chǎn)生電勢差，為了達到電勢平衡，上電極202的感應正電荷需要減少，正電荷通過金屬連接線101流出，對外輸出一個正電壓信號，如圖5b所示。

當外力消失，由柔性壓電極駐極體薄膜201下表面與下電極203之間的封閉空氣層204壓縮后反彈力作用，空氣層204間隙逐漸變大并恢復成原狀，下電極203感應產(chǎn)生的正電荷減少，為達到電勢平衡，上電極202的所帶正電荷需要增加，正電荷通過金屬連接線101流入，對外產(chǎn)生一個負電壓信號，如圖5c所示。

如圖4所示，橫軸t代表時間，縱軸V代表電壓幅值，曲線L0、L1、L2分別表示不同按壓情況下琴鍵傳感器2輸出的電壓幅值與時間的關系，曲線L3代表壓力釋放后輸出電信號。正常速度按下時，琴鍵傳感器2輸出電壓曲線L0幅值從0上升至最大值V0，然后又從最大值V0回落至0，經(jīng)歷的時間為t0；急速按下時，琴鍵傳感器2輸出電壓曲線L1幅值從0迅速上升至最大值V1，然后又迅速從最大值V1回落至0，經(jīng)歷的時間為t1；慢速按下時，琴鍵傳感器2輸出電壓曲線L2幅值從0慢速上升至最大值V2，然后從最大值V2回落至0，經(jīng)歷的時間為t2。三種不同速度按壓下一般存在以下關系：琴鍵傳感器2輸出信號的電壓幅值V1>V0>V2，信號時長t2>t0>t1。因此，琴鍵傳感器2輸出的電壓信號的幅度和頻率大小可以反映出琴鍵觸鍵的速度快慢。

如圖3所示，相同的觸鍵時間的情況下：淺觸鍵時，琴鍵傳感器2輸出電壓曲線L5從0上升至最大值V5；深觸鍵時琴鍵傳感器2輸出電壓曲線L4從0上升至最大值V4。琴鍵傳感器2輸出信號的電壓幅值V4>V5，因此相同頻率的琴鍵傳感器2輸出信號可以根據(jù)幅度大小反映琴鍵觸鍵的深度。

本領域技術(shù)人員可以利用信號處理模塊501對琴鍵傳感器2輸出的電壓信號的幅值和頻率進行識別處理，檢測出觸鍵的速度和深度信息，從而用于控制實現(xiàn)音箱6輸出不同音色和音量的琴音，豐富了電子琴的音樂表現(xiàn)力。琴鍵傳感器2采用壓電駐極體傳感器，無需外部供電，在外力的按壓下可實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)琴鍵傳感器2的自驅(qū)動。由于采用柔性材料的柔性薄膜襯底1，減小了電子琴的體積，更方便攜帶。

盡管以上詳細地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是應該清楚地理解，對于本領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。